Effetto dei parametri di processo e dell'aggiunta di modificanti sulla microstruttura di una lega AlSi10Mg

The study of already known materials, and the development of new materials or composites, has accelerated greatly since the beginning of the last century. In particular, much attention has been paid to the development and study of light alloys, especially in the field of transport. These studies succeed in bringing together two very important issues in the world of industry: lower environmental impact and lower costs. The use of light alloys brings the benefit of reducing the weight of vehicles and aircraft, decreasing fuel consumption with consequent benefits in terms of costs and emissions. One of the main methods of producing aluminium alloy products is die-casting, in which the molten metal is injected at high pressure into a mould. Die-casting is so used because it is a very fast method with a high cycle time, making the process highly productive and economical. This thesis was created in response to a request from the company 2A to reduce its environmental impact by eliminating the T5 heat treatment (190 °C for 2 hours followed by uncontrolled cooling) on its 43400 alloy die-cast components for the manufacture of automotive parts. This heat treatment is carried out after the hardening that follows the die-casting and aims to increase the mechanical properties of the alloy through the precipitation of supersaturated silicon. In this thesis work, the possibility of altering the mechanical properties of components through the addition of Al-Si eutectic modifiers (AlSr10) and Al dendrite refining inoculants (AlTi5B) was explored. Micro-casting tests of the alloy in the absence and presence of the inoculant and/or modifier were carried out using a laboratory device in order to simulate the small-scale die-casting process and to more quickly assess the effect of varying the process parameters. The samples obtained were characterised with different experimental techniques in order to assess the structural and microstructural properties. Various analysis techniques were used, such as light microscopy for the assessment of cell size, X-ray diffraction with which the lattice parameter value was determined and scanning electron microscopy with which the intereutectic random spacing value was estimated. The results obtained showed that the cell size value decreased slightly with the addition of the inoculant AlTi5B. The addition of AlSr10 leads to a further decrease in the cell size value and thus to a possible improvement of the mechanical properties. The value of the cross-linking parameter increases with the addition of the inoculant, compared to the sample without modifiers, getting closer to the value of pure aluminium. The addition of AlSr10 further increases the lattice parameter value, reinforcing the observations made by light microscopy on the percentage of eutectic phase, confirming the consistent differences in the amount of eutectic between the samples. Determination of the inter-utectic random spacing by scanning electron microscopy shows the refinement of the eutectic phase due to the addition of the modifiers. In particular, the effect is more pronounced when both are added.

Lo studio dei materiali già noti, e lo sviluppo di nuovi materiali o compositi, ha subito una forte accelerazione dai primi inizi del secolo scorso in poi. In particolare, si è prestata molta attenzione verso lo sviluppo e lo studio delle leghe leggere, in particolare nel campo dei trasporti. Tali studi riescono a far coincidere due tematiche molto importanti per quanto riguarda il mondo dell’industria: minor impatto ambientale e minori costi. L’utilizzo delle leghe leggere porta come beneficio quello di ridurre il peso di veicoli e velivoli, diminuendo i consumi di carburante con conseguenti benefici in termini di costi ed emissioni. Uno dei principali metodi di produzione di manufatti in leghe di alluminio è la pressocolata, in cui il metallo fuso viene iniettato ad alta pressione all’interno di uno stampo. La pressocolata è così utilizzata perché è un metodo molto veloce con un alto tempo-ciclo, rendendo il processo altamente produttivo ed economico. Questa tesi nasce in risposta alla richiesta dell’azienda 2A di diminuire il proprio impatto ambientale mediante l’eliminazione del trattamento termico T5 (190 °C per 2 ore seguito da raffreddamento non controllato) sui propri componenti pressocolati in lega 43400 destinati alla realizzazione di componenti automotive. Il trattamento termico in esame viene effettuato dopo la tempra che segue la pressocolata e ha lo scopo di aumentare le proprietà meccaniche della lega tramite la precipitazione del silicio sovrasaturo. In questo lavoro di tesi è stata esplorata la possibilità di alterare le proprietà meccaniche dei componenti mediante l’aggiunta di modificatori dell’eutettico Al-Si (AlSr10) ed inoculanti per l’affinamento delle dendriti di Al (AlTi5B). Prove di microcolata della lega in assenza e presenza dell’inoculante e/o modificatore sono state effettuate mediante un dispositivo di laboratorio al fine di simulare il processo di pressocolata piccola scala e valutare più velocemente l’effetto della variazione dei parametri di processo. I campioni ottenuti sono stati caratterizzati con diverse tecniche sperimentali con il fine di valutare le proprietà strutturali e microstrutturali. Sono state utilizzate diverse tecniche di analisi come la microscopia ottica per la valutazione della cell size, la diffrazione ai raggi x con cui è stato determinato il valore di parametro reticolare e la microscopia elettronica a scansione con cui è stato stimato il valore di intereutectic random spacing. I risultati ottenuti hanno mostrato come il valore di cell size diminuisca leggermente con l’aggiunta dell’inoculante AlTi5B. L’aggiunta del AlSr10 porta ad un’ulteriore diminuzione del valore di cell size e quindi ad un possibile miglioramento delle proprietà meccaniche. Il valore di parametro reticolare aumenta con l’aggiunta dell’inoculante, rispetto al campione senza modificanti, avvicinandosi maggiormente al valore dell’alluminio puro. L’aggiunta del AlSr10 fa aumentare ulteriormente il valore di parametro reticolare, rafforzando le osservazioni effettuate mediante microscopia ottica sulla percentuale di fase eutettica, confermando le consistenti differenze sulla quantità dell’eutettico tra i campioni. La determinazione dell’intereutectic random spacing mediante microscopio elettronico a scansione mostra l’affinamento della fase eutettica dovuto all’aggiunta dei modificanti. In particolare, l’effetto è più marcato quando vengono aggiunti entrambi.